专利名称：飞机机身结构及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求l前序部分的飞机机身结构，和根据权
利要求26的前序部分的这种类型的飞机机身结构的生产方法。
背景技术：
现今的民用飞机的机身结构典型地是由用近似圆形的横截面的统一 的外表层材料的多个壳生产而成，并且通常在机身的垂直中心附近具有横 构件(主横构件)形式的横向加强装置。全部横构件同时用作客舱的支承
栅板系统。近似圆形或卵形截面用以克服客舱的内部压力而稳定机身。最 新型机身外表层使用碳纤维复合材料生产，因而统一的材料用于机身的周 边上。横加强装置通过借助提及的横构件，典型地，把基本上是圆形横截 面机身分成两部分，因而产生上甲板和下甲板。
发明内容
本发明的目的是提供飞机机身结构以及这种类型的结构的生产方法， 由此可以提供飞机机身，所述机身控制为没有由常规类型的横构件引起的 空间限度和同时具有高稳定度。
这个目的首先是通过具有权利要求l的技术特征的飞机机身结构实 现。所述目的其次是通过具有权利要求26的技术特征的飞机机身结构生产
方法实现。
参照附图，本发明的示例性实施方式说明如下，其中 图l显示飞机机身结构的高度地图示化横截面视图，作为可以通过本
发明的示例性实施方式说明，作为可以根据本发明的方法示例性实施方式
生产；
6图2显示视图，根据本发明的示例性实施方式，通过飞机机身结构的外 表层的剖视图，所述视图说明根据本发明的飞机机身结构的上和侧壳与下
壳的外表层的连接；
图3和图4a)与b)每个显示横截面说明，为了解释连接片的结构，根据 本发明示例性实施方式，其用于连接根据本发明的示例性实施方式的上和 侧壳与下壳的外表层。
附图标记目录
10 飞机机身
11 上和侧壳
12 下壳 12a中部
13 框架 13a纵梁
14 壳架 14a纵梁
15 外表层
16 外表层
17 加强筋 17a内弦杆
18 过渡区
19 过渡区
20 玻璃纤维和铝复合片
21 玻璃纤维层
22 轻金属层
23 叠层
24 铆接
25 铆接 30 甲板
具体实施例方式
图1显示，以高度图示化形式，代表性说明飞机机身io，其由上和侧壳
11和下壳12形成。上和侧壳11具有支撑结构，其由各自的框架13和纵梁13a 形成，只有一些以图示化的形式在图l中部分地说明，并且下壳12具有支 撑结构，其由壳架14和纵梁14a形成，其同样地只以图示化的形式说明。 外表层15和16各自地以防压縮方式在外面密封飞机机身10，其设置在上和 侧壳11和下壳12的支撑结构13, 13a和14， 14a上。
如图1所示,下壳12具有半径R2，其基本上显著地大于上和侧壳ll的 半径R1。上和侧壳11与下壳12在机身10两侧上的过渡区18, 19连接在一起， 所述在过渡区18, 19在飞机的纵向方向上延伸。下壳12的支撑结构14， 14a 在其强度方面以这种方式设计，即能够吸收下壳12的内部压力载荷，而飞 机机身在横向方向不需要以常规的横构件(主横构件)方式被加强。
下壳12在周边上的平均值半径R2可以是比上和侧壳11在周边上的平 均值的半径R1大L2倍、大于1.5倍或者大于2倍，上述值不是意图被理解 为构成限制。
上和侧壳ll可能具有大致常数的半径Rl。
下壳12可以具有中部12a，其从飞机中心延伸到两侧，并且具有基本 上常数的半径R2，并且在过渡区18， 19附近的侧面12b, 12c处具有较小的半 径，在此处，上和侧壳11合并入下壳12，并且因而，下壳12平滑地合并入 上和侧壳ll。在这种情况,下壳12在中部12a可以具有半径R2，其比上和 侧壳11的半径R1大1.3倍、大2倍或大2.5倍，上述值不是意图被理解为构成 限制。
下壳12可以被生产为关于周向成整块。然而,如果合适，其也可以被 生产关于上述的方向成多数块。
上和侧壳ll可以以关于周向为多个部分的壳制造。然而，如果合适, 其也可以被在上述的方向上以单个壳生产。
用于表述飞机机身上部ll的结构"上和侧壳"，这里以这种方式被理解 为上部ll除了上部区域也包括机身的侧面区域，而飞机机身的下部12， 这部分被称为下壳，主要地只包括机身结构的下部区域。因此，如图1所 示，然而，上部11和下部12两部分的每一个也包括飞机机身的侧面区域，设计的这种方式不作为相对狭窄的语境和限制理解，意思是，所述部分ll
主要地承接机身和其侧面的上部区域，并且所述部分12主要地承接机身的下部。
下壳12可以由轻金属复合物制造。特别地，上和侧壳ll和下壳12两 者可以或者由轻金属复合物以常规的结构制造，或者由纤维加强复合物以 新型结构制造。
在示例性实施方式说明中，飞机机身结构以混合结构制造，其中，下 壳12由轻金属复合物制造，上和侧壳ll由纤维加强复合物制造。下壳12的 支撑结构包括壳架14 (横向壳架)，如图1所示，其在周向中延伸，具有比 上和侧壳ll相应的壳架大致较大高度。特别地，以对应下壳12中负载曲 线的方式，在周向延伸的下壳12的壳架14具有从侧面向中心增加的高度。 下壳12的壳架14的较大高度被需要用于吸收由于较大半径R2而产生的内 压负载。然而，较大的框架高度在限度内也是有利的，当其受到强应力时 可以被同时用作下壳12的保护措施，并且作为用于客舱的支撑结构。甲板 30可以被设置在下壳12的壳架14上，在图1甲板30只由虚线标明，并且不
是本申请的主题。
下壳12的壳架14可以具有加强内弦杆17a和加强筋17，其径向地延 伸，并且每个用以产生壳架14所需要的强度。
在这里描述的示例性实施方式中，上和侧壳ll包括具有由纤维加强材 料制造的框架13和纵梁13a的支撑结构，和由纤维加强材料制造的外表层 15。上和侧壳11的外表层15可以由碳纤维加强塑料材料或者由铝和纤维
复合材料制造，特别地，铝和玻璃纤维复合材料。
如图2所示，上和侧壳11与下壳12通过"玻璃纤维和铝复合片"20 ("GLARE")的方式被连接在过渡区18, 19中，"玻璃纤维和铝复合片"20 ("GLARE")包括层压板，其中，纺织纤维材料的层21，特别地玻璃纤维材 料，和轻金属层22，特别地铝合金层，以交替的方式设置。叠层23设置在 壳ll， 12的外表层上的与玻璃纤维和铝复合片20相对的那侧。这种类型的 复合片用来补偿轻金属合金和纤维增加塑料的不同热膨胀系数。它们的复 合结构使它们确保适应包括的材料的不同的热膨胀系统。
在一方面，所述连接上和侧壳11之间与下壳12，在另一方面，由多排铆接24，25产生，特别地，在每个情况中三排铆接。铆接24，25可以包括钛 铆钉或者钛螺钉。
在一方面，上和侧壳11与下壳12之间的连接结构，在另一方面，根据 图3中的示例性实施方式进一步说明。玻璃纤维和铝复合片20又设置在所 述连接结构的一侧，并且叠层23设置在另一侧上。
图4a)和b)显示，在系统化代表性说明和各自系统化透视图，部分地剖 开说明上述的玻璃纤维和铝复合片20的结构为玻璃纤维层21和轻金属层 22以交替的方式设置。
根据本发明的示例性实施方式，如上所述的根据本发明的飞机机身的 结构的生产实现为，由纤维复合材料生产上和侧壳ll，包括所述壳的支撑 结构13、 13a，其可以通过粘结结合过程由纵梁13a和框架13形成；由铝 或者轻金属材料生产的下壳12，包括支撑结构14、 14a，其可以依次由纵 梁14a和壳架14形成；上和侧壳11连接到玻璃纤维和铝复合片20(这个首 先，为了能够较好补偿纤维复合材料公差)；下壳12上的上和侧壳11插入 进连接到上和侧壳l 1的玻璃纤维和铝复合片。可以通过铆钉把玻璃纤维复 合片20铆接到下壳12，特别地通过钛螺钉。机身部分的全部以所述方式连 接，并且然后，通过铆钉，特别地，钛铆钉或者钛螺钉，通过依次锁定横 向连接，机身部分被连接而形成整体机身。
所述的混合结构在范围内是有利的，当作为减轻重量的纤维复合材料 被用于上和侧壳ll时，其中，由于具有较小半径Rl的机身形状，内压的 负载较小并且由于外部影响的风险降低，而使用轻金属或者铝材料作为下 壳12，在对外部影响有较高的抵抗能力方面是有利的，检修相对简单，并 且作为对于上壳ll的电荷的放电装置在电镀性能和电屏蔽方面和作为屏 蔽外部环境的线路和电子设备，是有利的。
权利要求
1. 一种飞机机身结构，由连接在一起的多个壳(11，12)构成，其每个形成飞机机身(10)的部分，并且包括支撑结构(13，13a，14，14a)和外表层(15，16)，所述外表层(15，16)设置在所述支撑结构上，并且以防压缩方式朝外地密封飞机机身(10)，其特征在于飞机机身结构包括上和侧壳(11)与下壳(12)，其中下壳(12)具有半径(R2)，所述半径(R2)基本上显著地大于上和侧壳(11)的半径(R1)，上和侧壳(11)与下壳(12)在过渡区(18，19)处被连接在一起，所述过渡区(18，19)在飞机的纵向方向上延伸，其中，下壳(12)的支撑结构(13，13a)在其强度方面以这种方式设计，即不使用主横构件而能够吸收下壳(12)的内部压力载荷。
2. 根据权利要求l所述的飞机机身结构，其特征在于下壳(12)的半径(R2)在周边上的平均值大于上和侧壳(ll)的半径(Rl)在周边上的平均值1.2倍。
3. 根据权利要求l所述的飞机机身结构，其特征在于下壳(12)的半径(R2)在周边上的平均值大于上和侧壳(ll)的半径(Rl)在周边上的平均值1.5倍。
4. 根据权利要求l所述的飞机机身结构，其特征在于下壳(12)的半径(R2)在周边上的平均值大于上和侧壳(ll)的半径(Rl)在周边上的平均值2倍。
5. 根据权利要求1至4任何一项的飞机机身结构，其特征在于上和侧壳(11)具有基本上常数的半径(R1)。
6. 根据权利要求1至5任何一项的飞机机身结构，其特征在于下壳(12)具有中部(12a)，其从飞机中心到两侧延伸，并且具有基本上常数的半径(R2)，并且在过渡区(18，19)附近的侧边(12b, 12c)处具有较小的半径，从而，下壳(12)平滑地结合进上和侧壳(11)。
7. 根据权利要求6的飞机机身结构，其特征在于下壳(12)在中部(12a)具有大于上和侧壳(ll)半径(Rl)1.3倍的半径(R2)。
8. 根据权利要求6的飞机机身结构，其特征在于下壳(12)在中部(12a)具有大于上和侧壳(ll)半径(Rl)2倍的半径(R2)。
9. 根据权利要求6的飞机机身结构，其特征在于下壳(12)在中部(12a)具有大于上和侧壳(ll)半径(Rl)2.5倍的半径(R2)。
10. 根据权利要求1至9任何一项的飞机机身结构，其特征在于下壳(12)关于周向成整块制造。
11. 根据权利要求1至10的任何一项的飞机机身结构，其特征在于上和侧壳(ll)关于周向以多个部分的壳制造。
12. 根据权利要求l至ll的任何一项所述的飞机机身结构，其特征在于下壳(12)由轻金属复合物制造。
13.根据权利要求1至12任何一项的飞机机身结构，其特征在于上和侧壳(ll)由纤维加强复合物制造。
14. 根据权利要求12或13所述的飞机机身结构，其特征在于飞机机身结构以混合结构制造，具有轻金属复合物的下壳(12)和纤维加强复合物的上和侧壳(ll)。
15. 根据权利要求12或14所述的飞机机身结构，其特征在于下壳(12)的支撑结构包括在周向延伸的壳架(14)，并且具有比相应的上和侧壳(11) 的壳架大致较大的高度。
16. 根据权利要求15所述的飞机机身结构，其特征在于在周向延伸的下壳(12)的壳架(14)具有朝向中心增加的高度。
17. 根据权利要求15或16所述的飞机机身结构，其特征在于下壳(12) 的壳架(14)具有加强内弦杆(17a)。
18. 根据权利要求15，16或17所述的飞机机身结构，其特征在于下壳(12)的壳架(14)具有径向地延伸的加强筋(17)。
19. 根据权利要求13或14所述的飞机机身结构，其特征在于上和侧壳(ll)包括具有壳架(13)和纵梁(13a)的由纤维加强材料制造的支撑结构，和由纤维加强材料制造的外表层(15)。
20. 根据权利要求19所述的飞机机身结构，其特征在于上和侧壳(11)的外表层(15)由碳纤维加强塑料材料制造。
21. 根据权利要求19所述的飞机机身结构，其特征在于上和侧壳(11)的外表层(15)用铝和玻璃纤维复合材料制造。
22，根据权利要求14至21任何一项的飞机机身结构，其特征在于上和侧壳(ll)与下壳(12)在过渡区(18， 19)中通过玻璃纤维和铝复合片(20)连接，所述玻璃纤维和铝复合片(20)用玻璃纤维层(21)和轻金属层(22)以交替的方式设置在层压板中。
23. 根据权利要求22的飞机机身结构，其特征在于叠层(23)设置在玻璃纤维和铝复合片(20)上。
24. 根据权利要求22或23的飞机机身结构，其特征在于上和侧壳(11)与下壳(12)之间在一方面的连接，在另一方面，是由多排铆接(24，25)制造。
25. 根据权利要求24的飞机机身结构，其特征在于铆接(24, 25)包括钛铆钉。
26. —种飞机机身结构的生产方法，飞机机身结构由连接在一起的多个壳(ll, 12)构成，每个构成飞机机身(10)的部分，并且包括支撑结构(13,13a, 14, 14a)和外表层(15, 16)，外表层(15,16)设置在支撑结构上，并且以防压縮方式在外表上密封飞机机身(IO)，飞机机身结构包括上和侧壳(11)与下壳(12)，其中下壳(12)具有半径(R2)，半径(R2)基本上显著地大于上和侧壳(ll)的半径(Rl)，上和侧壳(11)与下壳(12)在过渡区(18, 19)处连接在一起，过渡区(18， 19)在飞机的纵向方向上延伸，并且下壳(12)的支撑结构(14， 14a)在其强度方面以这种方式设计，即不使用横构件而能够吸收下壳(12)的内部压力载荷，特征在于由纤维复合材料制造包括支撑结构(13, 13a)的上和侧壳(11);由铝材料制造包括支撑结构(14, 14a)的下壳(12);连接上和侧壳(ll)到玻璃纤维和铝复合片，所述玻璃纤维和铝复合片包括以交替的方式设置在层板中的玻璃纤维层(21)和轻金属层(22);配合上和侧壳(11)到下壳(12)，包括在上和侧壳(ll)上突出的玻璃纤维和铝复合片(20);连接玻璃纤维和铝复合片到下壳(12)。
27. 根据权利要求26所述的方法，其特征在于由纤维复合材料制造上和侧壳(ll)，包括粘连地结合包括在支撑结构中的纵梁(13a)和框架(13)与外表层(15)的过程。
28. 根据权利要求26或27所述的方法，其特征在于由铝材料制造下壳(12)，包括制造纵梁(14a)、壳架(14)和外表层(16)。
29. 根据权利要求26，27或28的方法，其特征在于连接玻璃纤维和铝复合片(20)到上和侧壳(11)以及到下壳(12)，包括通过钛螺钉(24,25)铆接。
30. 根据权利要求26到29任何一项的方法，其特征在于连接上和侧壳(11)与下壳(12)，包括在玻璃纤维和铝复合片(20)上设置叠层(23)。
31. 根据权利要求26到30任何一项的方法，其特征在于所述方法包括制造基本的机身部分和连接部分的全部，以及连接机身部分以形成整体机身。
32. 根据权利要求26至31任何一项的方法，其特征在于所述方法包括通过钛螺钉锁定机身部分之间的横向结合。
全文摘要
本发明公开一种飞机机身结构，其由连接在一起的多个壳(11，12)构成，每一个构成飞机机身(10)的部分并且包括支撑结构(13，13a，14，14a)和外表层(15，16)，外表层(15，16)设置在支撑结构(13，13a，14，14a)上并且以防压缩的方式在外面密封飞机机身(10)。根据本发明，飞机机身结构包括上和侧壳(11)以及下壳(12)，其中下壳(12)具有半径(R2)半径(R2)基本上显著地大于上和侧壳(11)的半径(R1)，上和侧壳(11)和下壳(12)在过渡区s(18，19)被连接在一起，过渡区s(18，19)在飞机的纵向方向上延伸，并且根据强度，以这种方式，即能够吸收下壳(12)的内部压力载荷而不使用主横构件，设计下壳(12)的支撑结构(13，13a)。
文档编号B64C1/00GK101466592SQ200780021151
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月5日 优先权日2006年6月6日
发明者科德·哈克 申请人:空中客车德国有限公司